为你的Android App实现自签名的 SSL 证书

阅读目录

• HTTPS是什么?
• SSL/TLS:
• SSL/HTTPS and X.509 证书概述
• TLS (SSL)中的加密
• MITM 攻击
• 什么是自签名证书( self-signed certicates)
• 在使用自己签署的证书时一般性的错误
• 证书锁定
• 实现的步骤
• 第1步: 创建自签名证书和.bks 文件
• 第2步
• 第3步

介绍

网络安全已成为大家最关心的问题. 如果你利用服务器存储客户资料, 那你应该考虑使用 SSL 加密客户跟服务器之间的通讯. 随着这几年手机应用迅速崛起. 黑客也开始向手机应用转移, 原因有下列3点:

1. 手机系统各式各样, 缺乏统一的标准.

2. 许多程序员缺乏手机应用开发经验.

3. 更严重的是, 通过手机应用, 黑客可以得到手机用户的隐私数据, 如:日程安排, 联系人信息, 网页浏览历史记录, 个人资料, 社交数据, 短信或者手机用户所在的地理位置.

最为一个网络安全爱好者的我, 最近花了几个月的时间对50到60安卓应用进行安全分析, 结果发现这些应用存在许多安全漏洞.

下面我主要讲一讲, 怎样才能写出比较安全的安卓代码.

背景

从最基本的开始讲.

阅读本文前, 最好先看下 Ranjan.D article 写的一篇跟安卓连接有关的文章：(http://www.codeproject.com/Articles/818734/Article-Android-Connectivity).

 下列代码用来打开一个 http 连接.

URL urlConnection =  new  URL( "http://www.codeproject.com/" );

HttpURLConnection urlConnection = (HttpURLConnection) url.openConnection();

不要在 http连接中打开:登陆页面, 或是传递用户名, 密码, 银行卡之类的重要个人资料. 这些重要个人数据应该通过 HTTPS 传输. (具体参看HTTPS).

HTTPS是什么?

HTTPS 其实就是个安全版的 http. HTTPS 能保证电子商务的交易安全. 如:网上银行.

像 IE 或者火狐浏览器, 如果出现下面的挂锁图标.

同时, 在浏览器的地址栏中以 https:// 开头, 这表示, 你的浏览器跟这个网站的数据往来都是安全的.

https 跟 http 的最大区别在于 https 多加了一个保障通讯安全的层.

像下列代码这样打开一个 https 连接, 可以保障这个连接的数据通讯安全.

URL urlConnection =  new  URL( "https://www.codeproject.com/" );

HttpsURLConnection urlConnection = (HttpsURLConnection) url.openConnection();

InputStream in =  new  BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream());

HTTPS 通过 SSL/TLS 传递数据.

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SSL/TLS:

SSL (Secure Sockets Layer) 是一种在客户端跟服务器端建立一个加密连接的安全标准. 一般用来加密网络服务器跟浏览器, 或者是邮件服务器跟邮件客户端(如: Outlook)之间传输的数据.

SSL 能保障敏感信息(如:银行卡号, 社保卡号, 登陆凭证等)的传输安全. 一般情况下, 数据在浏览器跟服务器之间的传输使用的是明文格式, 这种方式存在资料被窃取的风险. 如果黑客能拦截浏览器跟服务器之间的通讯数据, 就能看到通讯的内容. 

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SSL/HTTPS and X.509 证书概述

你要是对 SSL 或 X.509 证书一无所知, 那我大概解释下. 对于那些打算用自签名证书(self-signed certificate)的人来说, 需要了解自签名证书跟花钱购买机构颁发的证书有什么区别. 

首先我们需要了解下 SSL 证书究竟是个什么东东? 其实它就包含俩部分: 1) 一个身份标识, 一个用来识别身份的东西, 有点类似警察叔叔通过护照或驾照查你的身份; 2) 一个公共密钥, 这个用来给数据加密, 而且只有证书的持有者才能解密. 简而言之, SSL 证书就俩个功能, 身份验证跟保障通讯过程中的数据安全.

另外还有一点很重要. 那就是一个证书可以给另外一个证书“签字”. 用 layman 的话说就是 Bob 用他自己的证书在别的证书上盖上 “同意” 两个红红的大字. 如果你信任 Bob (当然还有他的证书), 那么你也可以信任由他签发的证书. 在这个例子中, Bob 摇身一变, 成了证书颁发机构(Certificate Authority). 现在主流的浏览器都自带一大堆受信任证书颁发机构(trusted Certificate Authorities)(比如:Thawte, Verisign等).

最后我们讲一讲浏览器是怎么使用证书的. 笼统的讲, 当你打开下列连接的时候 “https://www.yoursite.com” :

1. 服务器会给浏览器发一个证书.

2. 浏览器会对比证书中的“common name”(有时也叫 “subject”) 跟服务器的域名是否一样. 例如, 一个从“www.yoursite.com” 网站发过来的证书就应该有一个内容是 “www.yoursite.com” 的 common name, 否则浏览器就会提示该证书有问题.

3. 浏览器验证证书真伪, 有点像门卫通过证件上的全息图辨别你的证件是不是真的.  既然在现实生活中有人伪造别人的身份. 那么在网络世界也就有人造假, 比如用你的域名“www.yoursite.com” 来伪造一个安全证书.  浏览器在验证的时候, 会检查这个证书是否是它信任机构颁发的, 如果不是, 那么浏览器就会提示这个证书可能有问题. 当然, 用户可以选择无视警告, 继续使用.

4. 一旦证书通过验证 (或是用户无视警告, 继续使用有问题的证书), 浏览器就开始利用证书中的公开密钥加密数据并传给服务器.

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TLS (SSL)中的加密

一旦服务器发过来的证书通过验证, 浏览器就会利用证书中包含的公共密钥加密某个指定的共享密钥, 然后发给服务器. 这个加密过的共享密钥只能用服务器的私有密钥才能解密(非对称加密), 别人无法解密出其中的内容. 服务器把解密出来的共享密钥保存起来, 供本次连接会话专用. 从现在开始, 服务器跟浏览器之间的所有通讯信息都用这个共享密钥加密解密(对称加密).

理论部分就这么多, 下面我们来看几个例子.

在浏览器中打开网站 mail.live.com , 地址栏中会出现一个绿色图标, http 也会变成 https.

单击这个绿色图标, 然后点证书信息连接, 就能看到下列内容.

这是个 SSL 证书, 该证书是 Verisign 给 mail.live.cm 颁发的.

Verisign 是一个证书颁发机构, 它提示你的浏览器正在连接的网站是: mail.live.com, 需要跟这个网站的服务器建立一条安全连接进行通讯, 避免他人拦截或篡改浏览器跟服务器之间传递的数据.

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MITM 攻击

MITM 攻击(MITMA)是指: 黑客拦截篡改网络中的通讯数据

被动 MITMA 是指黑客只能窃取通讯数据, 而在主动 MITMA 中, 黑客除了窃取数据, 还能篡改通讯数据. 黑客利用 MITMA 方式攻击手机要比攻击台式电脑容易的多. 这主要是因为使用手机的环境在不固定, 有些地方用手机连接上网并不安全, 尤其是那些对公众免费开放的无线网络热点.

证书颁发机构（CA）

·Symantec (which bought VeriSign's SSL interests and owns Thawte and Geotrust) 38.1% 市场份额

·Comodo SSL 29.1%

·Go Daddy 13.4%

·GlobalSign 10%

Jelly bean 版本的安卓系统中, 你可以在下列路径中找到证书颁发机构:

设置 -> 安全 -> 受信任的凭证.

Https 连接

URL url =  new  URL( "https://www.example.com/" );
HttpsURLConnection urlConnection = (HttpsURLConnection)url.openConnection();
InputStream in = urlConnection.getInputStream();

如果你连接的服务器(www.example.com)传过来的证书是由机构颁发的, 这段代码就能正常运行.

但是如果你连的服务器用的是自己颁发的证书(self-singed certificate), 那就会出现错误.

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什么是自签名证书( self-signed certicates)

自签名证书就是没有通过受信任的证书颁发机构, 自己给自己颁发的证书.

SSL 证书大致分三类:

• 由安卓认可的证书颁发机构(如: VeriSign), 或这些机构的下属机构颁发的证书.

• 没有得到安卓认可的证书颁发机构颁发的证书.

• 自己颁发的证书, 分临时性的(在开发阶段使用)或在发布的产品中永久性使用的两种.

只有第一种, 也就是那些被安卓系统认可的机构颁发的证书, 在使用过程中不会出现安全提示.

为什么有人喜欢用自签名证书 

1. 免费. 购买受信任机构颁发的证书每年要交 100 到 500 美元不等的费用. 自签名证书不花一分钱.

2. 自签名证书在手机应用中的普及率较高 (跟用电脑浏览网页不同, 手机的应用一般就固定连一台服务器.).

3. 在开发阶段写的代码,  测试跟发布的时候也可以用.

最近一项调查表明, 810万个证书中, 只有 320万个是由受信任机构颁发的. 剩余490万证书中, 自签名的占48%, 未知机构颁发的占33%, 而不被信任的机构颁发的证书占19%.

无独有偶, 我的分析结果也表明, 起码有 60% 安卓应用使用自签证书.

个人以为, 在手机应用中使用自签名证书没什么不好, 既不需要花钱, 也不需要修改代码.(注:如果你用的是机构颁发的证书, 在产品发布阶段, 需要修改代码).

但是下面的戏法的一般性的https代码

URL url =  new  URL( "https://www.example.com/" );
HttpsURLConnection urlConnection = (HttpsURLConnection)
url.openConnection();
InputStream in = urlConnection.getInputStream();

如果你使用上述的代代码去验证你的自己签署的证书，由于在android操作系统中自己签署的不能通过验证的，所以安卓应用软件将会抛出错误。因此你需要书写你自己的代码来检查你的自己签署的证书。

但是在这个领域中，安卓开发者犯了一个很大的错误，自己签署的证书在web开发中不是常见的，同时大多数安卓开发者来自于web开发者，所以开发者缺失在密码学的概念的知识。

在我分析中，我发现开发者仅仅是简单的复制、粘贴Stack Overflow和其他博客中允许你的应用默认信任所以证书的答案。即使大多说的答案表述仅仅在测试模式下可以使用，但是开发者简单地复制代码，将会导致应用软件在遭到中间件攻击和session黑客攻击是，表现的非常的脆弱！

例子：

http://stackoverflow.com/questions/2703161/how-to-ignore-ssl-certificate-errors-in-apache-httpclient-4-0

http://stackoverflow.com/questions/2012497/accepting-a-certificate-for-https-on-android?lq=1

http://www.caphal.com/android/using-self-signed-certificates-in-android/#toc_3

http://stackoverflow.com/questions/2642777/trusting-all-certificates-using-httpclient-over-https

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在使用自己签署的证书时一般性的错误

信任所以的证书

TrustManager的主要责任是去决定提出的认证证书应该是可信任的。如果证书是不可信任的，那么连接将会被终止。去认证远程的安全套接字识别，你需要用一个或者多个TrustManager（s）初始化SSLContext对象。

import  org.apache.http.conn.ssl.SSLSocketFactory;
public  class  MySSLSocketFactory  extends  SSLSocketFactory {
    SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance( "TLS" );

    public  MySSLSocketFactory(KeyStore truststore)  throws  NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException, KeyStoreException, UnrecoverableKeyException {
        super (truststore);

        TrustManager tm =  new  X509TrustManager() {
            public  void  checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)  throws  CertificateException {
            }

            public  void  checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)  throws  CertificateException {
            }

            public  X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
                return  null ;
            }
        };

        sslContext.init( null ,  new  TrustManager[] { tm },  null );
   }

    @Override
    public  Socket createSocket(Socket socket, String host,  int  port,  boolean  autoClose)  throws  IOException, UnknownHostException {
        return  sslContext.getSocketFactory().createSocket(socket, host, port, autoClose);
    }

    @Override
    public  Socket createSocket()  throws  IOException {
        return  sslContext.getSocketFactory().createSocket();
    }
}

我发现，80到100个应用软件中，在20到25个应用中实现了上述的代码。

在上述的TrustManager接口中，可以实现信任所以的证书，不论是谁签署的或者即使他们发布的任何主题。这个接口将会允许接受ANY证书。接受任何的证书将会危害数据的完整性、安全性等等。

在上述的例子中，检查客户端可信任性，获得接受事件，检查服务器端可信任性是三点重要的功能。每一位开发者都应该留意这三点功能的实现上。但是却很少有开发者从不同的网站中搜索、负责上述的功能。

允许所有的主机名。

忘记检查证书是否在这个地址发布是有可能的。当证书接受了example.com的服务器，那么另外的一个域名也将被接受。

HostnameVerifier hostnameVerifier = org.apache.http.conn.ssl.SSLSocketFactory.ALLOW_ALL_HOSTNAME_VERIFIER;

DefaultHttpClient client =  new  DefaultHttpClient();

SchemeRegistry registry =  new  SchemeRegistry();
SSLSocketFactory socketFactory = SSLSocketFactory.getSocketFactory();
socketFactory.setHostnameVerifier((X509HostnameVerifier) hostnameVerifier);
registry.register( new  Scheme( "https" , socketFactory,  443 ));
SingleClientConnManager mgr =  new  SingleClientConnManager(client.getParams(), registry);
DefaultHttpClient httpClient =  new  DefaultHttpClient(mgr, client.getParams());

// Set verifier
HttpsURLConnection.setDefaultHostnameVerifier(hostnameVerifier);

// Example send http request
final  String url = "https: //www.paypal.com”
HttpPost httpPost =  new  HttpPost(url);
HttpResponse response = httpClient.execute(httpPost);

HttpsURLConnection.setDefaultHostnameVerifier(hostnameVerifier);

HostnameVerifier hostnameVerifier = org.apache.http.conn.ssl.SSLSocketFactory.ALLOW_ALL_HOSTNAME_VERIFIER;

上述的代码中，即使是错误的实现，也将会接受对任何域名的任何CA证书声明。

Mixed-Mode/No SSL.

应用软件开发者在相同的应用中使用最大安全、不安全的连接，或者不使用SSL将是免费的。这不是直接的SSL声明，但是和提到的没有向外的签署个有关，同时对于一般软件的使用者，检查是否使用一个安全的连接是不可能的。这将会为例如SSL剥离，或者像FireSheep这样的攻击开后门。

SSL剥离是另外的一种可以使MITMA登陆并抵制SSL连接方式。利用使用最大HTTP和HTTPS应用。SSL剥离依赖大量建立在点击链接、或者来自于没有SSL重定向保护的网站SSL连接。在SSL剥离中，Mallory用HTTPS://取代了没有保护的网站中http:// 链接中。因此，除非使用者注意到了链接被篡改了，Mallory可以完全地规避SSL保护。这样的攻击主要与浏览器应用、或者原生使用安卓WebView应用有关。

更多关于SSL剥离的信息：

http://security.stackexchange.com/questions/41988/how-does-sslstrip-work

http://www.thoughtcrime.org/software/sslstrip/

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证书锁定

直接在代码中固定写死使用某个服务器的证书. 然后在应用中使用自己定义的信任存储(trust store)代替手机系统自带的那个, 去连接指定的服务器.

这样做的好处是, 我们既能使用自签名证书, 又不需要额外安装其他证书.

优势

• 安全性提升 - 采用这种方式, 应用不再依赖系统自带的信任存储(trust store). 使得破解这种应用变得复杂: 首先你要反编译, 修改完后, 还要重新编译.  关键是你不可能使用应用作者原先用的那个 keystore 文件重新颁发证书.

• 成本降低 - 证书锁定方式让我们可以在自己的服务器上使用免费的自签名证书,  调用自己写的 API. 虽说复杂了点, 可是像这种既不花钱, 还能提高应用安全的好事上哪找去?

缺点

• 适应性较差 - 一旦 SSL 证书出现变动, 应用也要跟着升级. 再发布到 Google Play. 然后祈祷用户能都升级到最新版本.

安卓的 SSLContext 自带的 TrustManager 无法让本文示例中提到的自签名证书通过验证. 解决的办法是自己定义一个 TrustManager 类. 然后用这个类去验证自签名证书. 

先把证书加载到 KeyStore, 然后用 KeyStore 生成一个 TrustManager 数组, 最后再用这个 TrustManager 数组创建 SSLContext.

本文的应用把服务器的证书直接存进应用的资源.(毕竟这个文件是所有用户都共用的, 而且也不会经常改动), 当然你可以把它存到别的地方.

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实现的步骤

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第1步: 创建自签名证书和.bks 文件

1) 

创建 BKS 或者 keystore, 需要用到下面这个文件,bcprov-jdk15on-146.jar, 版本很多, 我用的是这个:http://www.bouncycastle.org/download/bcprov-jdk15on-146.jar, 下载后, 把文件存到 C:\codeproject.

然后用 Keytool 生成 keystore 文件.(keytool 是 Java SDK 自带的文件, 跟javac 放在同一个目录下)在命令提示符窗口中输入 keytool 就能看到这个工具的各种选项说明. 或者输入下列路径运行.

"C:\Program Files (x86)\Java\jre7\bin>keytool".

2)

下面是用 keytool 生成 keysotre 文件的命令.  要是这个文件已经存在, 这一步可以忽略.

keytool -genkey -alias codeproject -keystore C:\codeproject\codeprojectssl.keystore -validity 365

这行命令创建一个别名为 code project 的密钥(key), 生成的文件名是 codeprojectssl.keystore. 执行文件生成过程中会要求输入密钥(key)跟keystore的密码诸如此类的东东. 这里需要注意下, 当要求你录入 Common name 的时候, 要填你的主机名. 本文例子用的是: codeproject.com

3)

keytool -export -alias codeproject -keystore C:\codeproject\codeprojectssl.keystore -file C:\codeproject\codeprojectsslcert.cer

这行命令将密钥(key)从 .keystore 文件导入 .cer 文件.

4) 

keytool -import -alias codeproject -file C:\codeproject\codeprojectsslcert.cer -keystore C:\codeproject\codeprojectssl.bks -storetype BKS -providerClass org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider -providerpath C:\codeproject\bcprov-jdk15on-146.jar

搞定! 现在, 全部 .bks 文件都生成了. 稍后将这些文件复制到安卓应用中. 连接那些使用自签名证书的服务器的时候会用到.

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第2步

把 .keystore 文件复制到 /androidappdir/res/raw/

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第3步

创建一个新类: MyHttpClient,  继承 DefaultHttpClient 类. 这个新类在验证SSL 证书的时候, 会自动加载我们自己创建的 keystore 文件, 而不是安卓自带的那个. 只要证书跟服务器匹配上了就没问题. 代码如下:

import  java.io.InputStream;
import  java.security.KeyStore;

import  android.content.Context;

public  class  MyHttpClient  extends  DefaultHttpClient {

 private  static  Context context;

 public  static  void  setContext(Context context) {
  MyHttpClient.context = context;
 }

 public  MyHttpClient(HttpParams params) {
  super (params);
 }

 public  MyHttpClient(ClientConnectionManager httpConnectionManager, HttpParams params) {
  super (httpConnectionManager, params);
 }

 @Override
    protected  ClientConnectionManager createClientConnectionManager() {
        SchemeRegistry registry =  new  SchemeRegistry();
        registry.register( new  Scheme( "http" , PlainSocketFactory.getSocketFactory(),  80 ));

        // 用我们自己定义的 SSLSocketFactory 在 ConnectionManager 中注册一个 443 端口
        registry.register( new  Scheme( "https" , newSslSocketFactory(),  443 ));
        return  new  SingleClientConnManager(getParams(), registry);
    }

    private  SSLSocketFactory newSslSocketFactory() {
        try  {
            // Get an instance of the Bouncy Castle KeyStore format
            KeyStore trusted = KeyStore.getInstance( "BKS" );
            // 从资源文件中读取你自己创建的那个包含证书的 keystore 文件

            InputStream in = MyHttpClient.context.getResources().openRawResource(R.raw.codeprojectssl);  //这个参数改成你的 keystore 文件名
            try  {
                // 用 keystore 的密码跟证书初始化 trusted
                trusted.load(in,  "这里是你的 keystore 密码" .toCharArray());
            }  finally  {
                in.close();
            }
            // Pass the keystore to the SSLSocketFactory. The factory is responsible
            // for the verification of the server certificate.
            SSLSocketFactory sf =  new  SSLSocketFactory(trusted);
            // Hostname verification from certificate
            // http://hc.apache.org/httpcomponents-client-ga/tutorial/html/connmgmt.html#d4e506
            sf.setHostnameVerifier(SSLSocketFactory.STRICT_HOSTNAME_VERIFIER);  // 这个参数可以根据需要调整, 如果对主机名的验证不需要那么严谨, 可以将这个严谨程度调低些.
            return  sf;
        }  catch  (Exception e) {
            throw  new  AssertionError(e);
        }
    }
}

MyHttpClient 类的调用代码如下:

// Instantiate the custom HttpClient
DefaultHttpClient client =  new  MyHttpClient(getApplicationContext());
HttpGet get =  new  HttpGet( "https://www.google.com" );
// 以 GET 方式读取服务器返回的数据
HttpResponse getResponse = client.execute(get);
HttpEntity responseEntity = getResponse.getEntity();

这是我在 CodeProject 上的发布的处女作.

祝大家开心编程, 安全第一  .

参考文献

http://www.thoughtcrime.org/blog/authenticity-is-broken-in-ssl-but-your-app-ha/
http://security.stackexchange.com/questions/29988/what-is-certificate-pinning
https://www.owasp.org/index.php/Certificate_and_Public_Key_Pinning
https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-websec-key-pinning-20
https://media.blackhat.com/bh-us12/Turbo/Diquet/BH_US_12_Diqut_Osborne_Mobile_Certificate_Pinning_Slides.pdf
http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/security/jsse/JSSERefGuide.html#HowSSLWorks

本文地址：http://www.oschina.net/translate/android-security-implementation-of-self-signed-ssl

原文地址：http://www.codeproject.com/Articles/826045/Android-security-Implementation-of-Self-signed-SSL